Historie, syntéza a funkce (NAD +) nikotinamidadenin dinukleotidu

P-Nicotinamid adenin dinukleotid (NAD +) je druh koenzymu, který přenáší protony (přesněji, ionty vodíku). Vyskytuje se v mnoha metabolických reakcích buněk. NADH nebo přesnější NADH + H + je jeho redukční forma, nesoucí nejvýše dva protony (psané jako NADH + H +), a její standardní elektrodový potenciál je -0,32V.

NAD + je koenzym dehydrogenázy, jako je alkoholdehydrogenáza (ADH), která se používá k oxidaci ethanolu. Hraje nezastupitelnou roli v glykolýze, glukoneogenezi, cyklu kyseliny trikarboxylové a respiračním řetězci. Meziprodukt odvede odstraněný vodík do NAD, čímž se stane NAD + H +.

NAD + H + lze použít jako nosič vodíku k syntéze ATP prostřednictvím chemického permeačního spojování v řetězci přenosu elektronů.

Pokud jde o absorpci, NADH má absorpční pík při 260 nm a 340 nm, zatímco NAD + má pouze absorpční pík při 260 nm, což je důležitý atribut pro rozlišení těchto dvou. To je také fyzický základ pro měření rychlosti metabolismu v mnoha metabolických experimentech. Koeficient absorpce NADH při 260 nm je 1,78 x 104 l / (mol. Cm), zatímco koeficient NADH při 340 nm je 6,2 x 103 l / (mol. Cm).

In vivo lze NAD syntetizovat z jednoduchých stavebních bloků a aminokyseliny tryptofanu nebo kyseliny asparagové. Místo toho se z potravy odebírají složitější kombinace enzymů, vitamin zvaný niacin. Podobné sloučeniny se uvolňují reakcí rozkladu struktury NAD. Tyto prefabrikované komponenty jsou pak recyklovány do aktivní formy prostřednictvím recyklačního kanálu. Některé NAD jsou také převedeny na nikotinamid adenin dinukleotid fosfát (NADP); tento příbuzný koenzym je v chemickém složení podobný NAD, ale má různé role v metabolismu. Při metabolismu se NAD + účastní redoxních reakcí, které přenášejí elektrony z jedné reakce do druhé. Proto v buňkách existují koenzymy ve dvou formách: NAD + je oxidační činidlo, které může přijímat elektrony z jiných molekul. Reakce tvoří NADH, který může být potom použit jako redukční činidlo k získání elektronů. Tyto reakce přenosu elektronů jsou hlavní funkce NAD. Používá se však také v jiných buněčných procesech, zejména v substrátu enzymu, který přidává nebo odstraňuje chemické skupiny z proteinu. Vzhledem k důležitosti těchto funkcí se zjistilo, že enzymy metabolizující NAD jsou cílem léčiv. Ačkoli kladný náboj NAD + na specifický atom dusíku je zapsán v horním indexu plus znaménko, ve většině případů fyziologického pH je ve skutečnosti jednorázový anion (záporný náboj 1), zatímco NADH je anion dvojitého náboje.

Dějiny

Koenzym NAD + byl poprvé objeven britskými biochemiky Arthurem Haddenem a Williamem Johnem Youngem v roce 1906. Zjistili, že přidání vařených a filtrovaných extraktů z kvasinek významně urychlilo fermentaci ethanolu v nezvazeném extraktu z kvasinek. Budou produkovat tento účinek neznámý faktor pro „kofermentaci“. Prostřednictvím dlouhodobé a obtížné purifikace kvasnicového extraktu byl termostabilní faktor identifikován jako nukleotidový fosfát cukru pomocí eucheppie. V roce 1936, německý vědec Otto Heinrich Voorburg, ukázal funkci nukleotidového koenzymu v přenosu hydridů a identifikoval nikotinamid jako redoxní místo [1].

Koncentrace a stav v buňkách

V játrech potkana je celkové množství NAD + a NADH asi 1 mikromol na gram mokré hmotnosti, což je asi desetinásobek koncentrace NADP + a NADPH ve stejné buňce. [2] Skutečná koncentrace NAD + v cytosolech je obtížné měřit. Nedávné studie ukázaly, že v živočišných buňkách je asi 0,3 mm a v kvasnicích 1,0 až 2,0 mm. [3] Avšak více než 80% fluorescence NADH v mitochondrii se váže na formu, takže koncentrace v roztoku je mnohem nižší. Data jsou v jiných studovaných buňkách omezená, ačkoli koncentrace NAD + v mitochondriích je podobná jako v cytoplazmě. [4] Tento NAD + je přenášen do mitochondrií pomocí specifických membránových transportérů, protože koenzymy nemohou difundovat přes membránu. [5]

Rovnováha mezi nikotinamid adenin dinukleotidem v redoxní formě se nazývá poměr NAD + / NADH. Tento poměr je důležitou součástí tzv. Redoxního stavu buněk, který odráží metabolickou aktivitu a zdravotní stav buněk. [6] Účinek poměru NAD + / NADH je složitý a řídí aktivitu několika klíčových enzymů. Ve zdravých savčích tkáních je poměr volného NAD + k NADH v cytoplazmě asi 700; proto tento poměr vede k oxidační reakci. [7] Podíl celkového NAD + / NADH je mnohem nižší a odhadovaný rozsah savců je 3-10. Naproti tomu poměr NADP + / NADPH je obvykle asi 0,005, takže NADPH je hlavní formou tohoto koenzymu. Tyto různé poměry jsou klíčem k odlišnému metabolismu NADH a NADPH.

biosyntéza

NAD + je syntetizován dvěma metabolickými cestami: Recyklace NAD + kombinací existujících složek, jako je nikotinamid, nebo de novo syntézou aminokyselin. Většina organismů syntetizuje NAD + z jednoduchých komponent. Specifická reakční sada se u různých organismů liší, ale společným znakem je produkce chinolinové kyseliny (QA) mezi aminokyselinami tryptofanu u zvířat a kyselinou asparágovou u některých bakterií nebo některých bakterií a rostlin. [8] Kyselina chinolinová byla přeměněna na mononukleotid kyseliny nikotinové (namn) přenosem disacharidu fosfátu. Adenylátová část je poté přenesena za vzniku nikotinát adenin dinukleotidu (NAD). Nakonec je část kyseliny nikotinové NAD převedena na část nikotinamidu (NAM) za vzniku NAD +. Dále, některé NAD + budou převedeny na NADP +, fosforylované NAD + pomocí NAD + kinázy. Ve většině organismů enzym používá ATP jako cestu k tvorbě fosfátových skupin. Ačkoli několik bakterií, jako je Mycobacterium tuberculosis a thermofilic archaea, používá jako alternativního dárce fosfátu anorganický polyfosfát [9].

Opravte cestu

Kromě sestavení NAD + z jednoduchého prekurzoru aminokyselin získává buňka také sloučeniny obsahující pyridinovou bázi. Tři vitamínové prekurzory používané v tomto opravném metabolismu jsou niacin, niacinamid a Anya ribóza. Tyto sloučeniny lze získat z potravy, která se nazývá vitamin B3 nebo niacin. Tyto sloučeniny se však také produkují v buňkách a štěpením NAD +. Zdá se, že některé z enzymů účastnících se těchto remediačních cest jsou koncentrovány v jádře, což může kompenzovat úroveň spotřeby NAD + v organelách. Reakce na nápravu je nezbytná u lidí; nedostatek niacinu ve stravě způsobuje onemocnění kůže nedostatkem vitamínů. [10] V redoxní reakci NAD + nebude cirkulace mezi oxidačními a redukčními formami nemění celkovou hladinu koenzymu, takže vysoká poptávka po NAD + je stálá spotřeba koenzymu v reakci.

Mikroorganismy používají různé způsoby nápravy než savci. [11] Některé patogeny, jako Candida cerevisiae a Haemophilus influenzae, jsou typy NAD + s nedostatkem živin, takže nemohou syntetizovat NAD +, ale také mají nápravná použití, takže se spoléhají na cizí NAD + nebo na jiné prekurzory. Překvapivější je, že Chlamydia trachomatis, intracelulární patogen, postrádá biosyntézu NAD + a NADP + nebo jakéhokoli rozpoznatelného kandidáta genů a musí tyto koenzymy získat od svého hostitele.

Účinek

NAD + hraje několik důležitých funkcí v metabolismu. Působí jako koenzym v redoxní reakci jako následník ribosylační části ADP ribosylace, jako prekurzor cyklické ADP ribózy druhé poslové molekuly a jako substrát bakteriální DNA ligázy a skupiny se nazývá ligáza a skupina bakteriálních DNA ligáz tichý enzym, který používá NAD + k odstranění acetylové skupiny z proteinu. Kromě metabolické funkce se NAD + objevuje jako adeninové nukleotidy, které mohou spontánně uvolňovat buňky prostřednictvím regulačních mechanismů, takže mohou hrát důležitou extracelulární roli. [12]

NAD + je molekula poskytující energii nalezená v každé buňce těla, která se používá k metabolizaci, konstrukci nových buněk, odolávání volných radikálů a poškození DNA a vyslání signálů v buňkách. Umožňuje mitochondrii přeměnit jídlo, které jíme, na energii, kterou naše tělo potřebuje k udržení všech svých funkcí. Je také třeba „vypnout“ geny, které urychlují proces stárnutí. NAD + je životně důležitý. Zdravá mitochondriální funkce je důležitou součástí stárnutí člověka. Naše těla mají schopnost vyrobit NAD + ze složek v potravě, kterou jíme. Experimentální studie na zvířatech a na lidech ukázaly, že hladina NAD + s věkem významně klesá. Tento pokles nás vystavuje většímu riziku neuromuskulární degenerace, sníženému srdečnímu metabolickému zdraví a opravě a elasticitě. Vědci ze slavných výzkumných institucí studují strategie vylepšení NAD + jako léčbu degenerativních chorob souvisejících se stárnutím. Výzkumy ukazují, že NAD + hraje jedinečnou roli v ochraně svalů a tkání, ale také zlepšuje životní cyklus. (Z wikipedia.org, zkompilovaný

www.hsppharma.com)

Odkaz:

1.     [Warburg O, Christian W (1936). „Pyridin, der wasserstoffübertragende bestandteil von gärungsfermenten (pyridin-nukleotid)“ [Pyridin, vodíková složka fermentačních enzymů (pyridinový nukleotid)]. Biochemische Zeitschrift (německy). 287: 291. doi: 10 1002 / hlca.193601901199.]

2.     ^ [Reiss PD, Zuurendonk PF, Veech RL (1984). "Měření tkáňového purinu, pyrimidinu a dalších nukleotidů pomocí vysokovýkonné kapalinové chromatografie pomocí radiální komprese". Anální. Biochem. 140 (1): 162–71. doi: 10,016 / 0003-2697 (84) 90148-9. PMID 6486402. ]

3.     ^ [Yang H, Yang T, Baur JA, Perez E, Matsui T, Carmona JJ, Lamming DW, Souza-Pinto NC, Bohr VA, Rosenzweig A, de Cabo R, Sauve AA, Sinclair DA (2007). „Nutričně citlivé mitochondriální NAD + úrovně diktují přežití buněk“. Buňka. 130 (6): 1095–107. ]

4.     ^ Yang H, Yang T, Baur JA, Perez E, Matsui T, Carmona JJ, Lamming DW, Souza-Pinto NC, Bohr VA, Rosenzweig A, de Cabo R, Sauve AA, Sinclair DA. Nutričně citlivé mitochondriální NAD ⁺ úrovně diktují přežití buněk . Buňka. 2007, 130 (6): 1095–107. PMC 3366687 . PMID 17889652 . doi: 10,016 / j.cell.2007.07.035 .

5.     ^ [Todisco S, Agrimi G, Castegna A, Palmieri F (2006). "Identifikace mitochondriálního transportéru NAD + v Saccharomyces cerevisiae". J. Biol. Chem. 281 (3): 1524–31. doi: 10,1074 / jbc.M510425200. PMID 16291748. ]

6.     ^ [Schafer FQ, Buettner GR (2001). "Redoxní prostředí buňky při pohledu skrze redoxní stav dvojice glutathion disulfid / glutathion". Zdarma Radic Biol Med. 30 (11): 1191-212. doi: 10,016 / S0891-5849 (01) 00480-4. PMID 11368918. ]

7.     ^ [Zhang Q, Piston DW, Goodman RH (2002). "Regulace funkce corepressoru jadernou NADH". Věda. 295 (5561): 1895–7. doi: 10.1126 / science.1069300. PMID 11847309. ]

8.     ^ [Katoh A, Uenohara K, Akita M, Hashimoto T (2006). "Počáteční kroky v biosyntéze NAD v Arabidopsis začínají aspartátem a vyskytují se v plastidu". Plant Physiol. 141 (3): 851–7. doi: 10,1104 / str. 106,081091. PMC 1489895Dostupně dostupné. PMID 16698895. ]

9.     ^ [Raffaelli N, Finaurini L, Mazzola F, Pucci L, Sorci L, Amici A, Magni G (2004). "Charakterizace NAD kinázy Mycobacterium tuberculosis: funkční analýza enzymu plné délky pomocí místně zaměřené mutageneze". Biochemie. 43 (23): 7610–7. doi: 10,1021 / bi049650w. PMID 15182203. ]

10. ^ [Henderson LM (1983). "Niacin". Annu. Nutr. 3: 289–307. doi: 10,1146 / annurev.nu.03.070183,001445. PMID 6357238. ]

11. ^ [Rongvaux A, Andris F, Van Gool F, Leo O (2003). "Rekonstrukce eukaryotického metabolismu NAD". BioEssays. 25 (7): 683–90. doi: 10 1002 / bies.10297. PMID 12815723. ]

12. ^ [Billington RA, Bruzzone S, De Flora A, Genazzani AA, Koch-Nolte F, Ziegler M, Zocchi E (2006). "Nové funkce extracelulárních pyridinových nukleotidů". Mol Med. 12 (11–12): 324–7. doi: 10,2119 / 2006-00075. Billington. PMC 1829198Dostupně přístupné. PMID 17380199 ]